一種智能物料溶解溫控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

王文，劉志信，郭金妹

一種智能物料溶解溫控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

王文1，劉志信1，郭金妹2

（1.江西金世紀(jì)新材料股份有限公司，江西 南昌 330000；2.江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 343000）

為了有效提高物料溶解系統(tǒng)的溫度控制精度，在研究傳統(tǒng)冶煉技術(shù)和現(xiàn)有控制方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種智能物料溶解溫控系統(tǒng)，利用DCS控制系統(tǒng)不斷采集系統(tǒng)的水位信號(hào)和溫度信號(hào)，通過設(shè)置水位和溫度的閾值控制切斷閥的開和關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料溶解系統(tǒng)的溫度和水量的智能控制。相較于企業(yè)目前常規(guī)控制方法，該設(shè)計(jì)有效保持物料溶解溶度的一致性，實(shí)現(xiàn)智能控制，大大提高了物料利用率和產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

物料溶解系統(tǒng)；DCS控制系統(tǒng)；智能控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)濕法物料冶煉中，由于工藝要求，在進(jìn)行沉淀工序時(shí)通常需要溶解不同的沉淀劑與沉淀物反應(yīng)，溶解過程使用反應(yīng)釜通過不斷燒熱水通蒸汽進(jìn)行配制。在通蒸汽溶解沉淀劑的過程中，對(duì)溫度控制十分重要，溫度過高會(huì)使得某些物料分解且易揮發(fā)，而溫度低于某一臨界值時(shí)又不能使物料完全溶透。當(dāng)蒸汽溫度無法精準(zhǔn)控制時(shí)，容易造成物料浪費(fèi)，從而導(dǎo)致整體的生產(chǎn)成本上升，因此，將物料控制在不揮發(fā)且可以完全溶解的溫度范圍內(nèi)是業(yè)界一直以來的難題。

針對(duì)上述難題，較多企業(yè)采用的解決方法是，在溶解物反應(yīng)鍋內(nèi)加裝一個(gè)熱電阻并在現(xiàn)場(chǎng)放置一個(gè)溫控儀表實(shí)時(shí)顯示溫度，在溶解物料時(shí)，工人們根據(jù)儀表顯示進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)水溫，但由于是人工操作，水溫和水位都不易控制，且在生產(chǎn)過程中由于是人工進(jìn)行操作，工人們很容易因?yàn)楣ぷ髅β档仍驅(qū)е路磻?yīng)釜（反應(yīng)鍋）內(nèi)放水過多或過少。水量隨意調(diào)節(jié)，水溫不易控制，導(dǎo)致溶解物濃度不受控，從而使溶解物濃度的一致性較差，最終影響沉淀工序的冶煉質(zhì)量。同時(shí)，手動(dòng)控制水溫和水量，增加了工人的工作量，大大降低了產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

因此，本文立足于當(dāng)前企業(yè)現(xiàn)狀，解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種智能物料溶解溫控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用DCS控制系統(tǒng)，不斷采集系統(tǒng)的水位信號(hào)和溫度信號(hào)，通過設(shè)置水位和溫度的閾值控制切斷閥的開和關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料溶解系統(tǒng)的溫度和水量智能控制，提高了物料利用率和產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

1 智能物料溶解溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

濕式冶煉的物料溶解設(shè)備主要包括了物料溶解的反應(yīng)釜和給反應(yīng)釜供應(yīng)熱水的熱水桶，熱水桶的出水管連接于反應(yīng)釜，水管上設(shè)有控制輸水管開關(guān)的熱水切斷閥和PPR閥，反應(yīng)釜上插入安裝有檢測(cè)釜內(nèi)液位的電子液位計(jì)，熱水切斷閥的開與關(guān)通過電子液位計(jì)反饋的液位信號(hào)來控制，其設(shè)備原理如圖1所示。

圖1 設(shè)備原理圖

水箱蒸汽管上安裝有蒸汽切斷閥和檢測(cè)箱內(nèi)溫度的熱電阻，蒸汽切斷閥通過熱電阻反饋的水溫信號(hào)來控制閥體的開關(guān)。蒸汽切斷閥、熱電阻、熱水切斷閥以及電子液位計(jì)均設(shè)置在DCS控制電路上，且該DCS控制電路上還設(shè)置有監(jiān)測(cè)水箱壓力的壓力變送器，根據(jù)壓力變送器傳送的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)來控制熱水切斷閥的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)熱水桶內(nèi)水位和水溫的控制。為了保證檢修切斷閥時(shí)不影響生產(chǎn)，設(shè)備的每一管路用于檢修的閥均設(shè)置為3個(gè)。

2 智能物料溶解溫控系統(tǒng)的DCS實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的溫控系統(tǒng)采用了自動(dòng)化的控制系統(tǒng)來控制反應(yīng)釜添加的熱水量，蒸汽加入管通過通入蒸汽給熱水桶內(nèi)進(jìn)行水溫控制。蒸汽切斷閥和熱電阻構(gòu)成一個(gè)蒸汽控制單元，工作時(shí)，熱電阻將測(cè)量出的水箱溫度的溫度信號(hào)不斷地反饋發(fā)送給蒸汽切斷閥，蒸汽切斷閥上設(shè)置有兩個(gè)臨界閥值，分別是高溫閥值和低溫閥值，當(dāng)溫度的數(shù)值信號(hào)低于低溫閥值，則蒸汽切斷閥打開；當(dāng)溫度的數(shù)值信號(hào)高于高溫閥值，則蒸汽切斷閥關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱內(nèi)熱水的溫度控制。同時(shí)，通過控制熱水桶內(nèi)的水溫也可以控制后續(xù)輸送到反應(yīng)釜內(nèi)的水溫。

蒸汽電動(dòng)閥DCS控制原理如圖2所示。

圖2 蒸汽電動(dòng)閥DCS控制

設(shè)備的熱水切斷閥和電子液位計(jì)構(gòu)成了一個(gè)熱水控制單元，電子液位計(jì)可以不斷地將反應(yīng)釜內(nèi)的水位信號(hào)發(fā)送給熱水切斷閥，熱水切斷閥上設(shè)置有臨界的水位閥值，當(dāng)水位超出臨界的水位閥值時(shí)，熱水切斷閥自動(dòng)的關(guān)閉；反之，當(dāng)水位低于臨界的水位閥值時(shí)，熱水切斷閥則為打開。

在生產(chǎn)過程中，開始投料時(shí)關(guān)閉切斷閥上PPR閥，以免所溶物料在輸送至沉淀用時(shí)因水位變化而補(bǔ)水。每輪工作結(jié)束時(shí)應(yīng)關(guān)閉反應(yīng)釜上PPR閥，以防電子液位計(jì)低閥值而進(jìn)水。

熱水電動(dòng)閥DCS控制原理如圖3所示。

圖3 熱水電動(dòng)閥DCS控制

DCS控制電路根據(jù)水位信號(hào)和溫度信號(hào)控制切斷閥開關(guān)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)水位和水溫的智能控制，從而保證水位和水溫在正常范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)智能控制，不僅使得物料濃度一致性得到保障，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，還有效提高了生產(chǎn)效率。

3 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)采用了DCS控制系統(tǒng)，不斷采集系統(tǒng)的水位信號(hào)和溫度信號(hào)，通過設(shè)置水位和溫度的閾值控制切斷閥的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料溶解系統(tǒng)的溫度和水量的智能控制。相較于企業(yè)常用方法，本設(shè)計(jì)增加了熱水桶，結(jié)合反應(yīng)釜，實(shí)現(xiàn)水位和水溫的雙重控制，保持沉淀劑溶度的一致性，提高了物料利用率，節(jié)約了能源，生產(chǎn)效率得到有效提高。同時(shí)，物料溶解系統(tǒng)引入DCS智能控制，使得在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)工人們只需進(jìn)行開關(guān)PPR閥和投料作業(yè)即可，極大地減少了工作量，提高了工作效率，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.031

2095－6835（2019）20－0076－02

〔編輯：王霞〕